硅纳米梁振动基波频率的半连续体模型

基于Sun-Zhang提出的应变能量计算模型,根据动势能转换与守恒原理,提出了用于分析硅纳米梁基波频率的半连续体模型。与传统的连续体模型相比,该方法考虑了厚度方向进入纳米尺度所带来的物理特性的离散化现象。本文对理论推得的基频模型进行了验证,在极小尺寸时,使用分子动力学软件MaterialStudioTM验证,在较大尺寸时,用连续介质模型验证,从验证结果可以看出,在这两种尺寸下,各自都很吻合,说明该模型可以适用于从纳米尺寸到宏观尺寸的所有尺度范围。     

基于弯曲测试的纳结构机械力学特性的表征

利用原子力显微镜对聚焦离子束刻蚀技术制备的不同纵横比的氮化硅纳米梁结构进行了弯曲测试,并讨论了一种标定原子力显微镜微悬臂梁弹簧常数的方法.实验中严格界定了欧拉细长梁的条件,在分析了纳米梁组纵横比对测试结果影响的基础上,讨论了如何修正弯曲测试结果.弯曲测试得到了纳米梁的平面模数,并进一步推算氮化硅材料的杨氏模量.测试结果验证了基于原子力显微镜系统的弯曲方法测试纳米薄膜材料杨氏模量的可行性.     

氧化锌纳米线振动问题研究

采用连续介质理论与分子动力学模拟相结合的方法,研究了氧化锌纳米线的振动问题.建立了氧化锌纳米线核壳模型,解释其等效杨氏模量及压电常数的尺寸效应.通过连续介质理论求得氧化锌纳米线振动固有频率,并与分子动力学模拟得到的结果进行对比.研究表明,氧化锌纳米线在极化方向的等效拉伸杨氏模量随着横截面尺寸的增加而逐渐增大,且通过核壳模型分别求得核、壳拉伸杨氏模量.拟合得到的等效拉伸杨氏模量与分子动力学方法获得的等效拉伸杨氏模量符合得很好.根据连续介质理论得到等效弯曲杨氏模量,发现等效弯曲杨氏模量也随着横截面尺寸的增加而增大.氧化锌纳米线极化方向的压电耦合能力比一般压电陶瓷好,压电常数随着横截面尺寸的增加逐渐减小.氧化锌纳米线在不同温度条件下的振动频率没有明显变化,在不同外电场条件下的振动频率有显著变化.分子动力学模拟得到不同横截面尺寸的氧化锌纳米线振动频率不同.根据连续介质理论,求得悬臂Timoshenko梁模型相应尺寸的振动频率,发现横截面的尺寸越大,连续介质理论与分子动力学模拟得到的振动频率越接近.     

充气梁展开仿真研究

充气展开结构的动力学仿真主要涉及柔性结构非线性接触,基于有限变形的柔性多体动力学等关键问题,以充气梁为模型给出了适合仿真的材料模型、单元算法、接触算法和充气展开算法.利用软件LS-Dyna成功模拟了折叠充气梁的展开过程,推导出充气梁的弯曲刚度与压力的关系并给出计算结果,同时报告了充气展开仿真分析中,压力过高会导致充气梁失稳的现象,接着考察了压力对充气结构固有频率的影响,最后比较了不同压力下的冲击响应.仿真结果表明该方法研究充气结构动力学是可行的,有效的.     

电磁激励的硅谐振梁设计和有限元分析

介绍了电磁激励硅谐振梁的激励和检测原理,给出了双端固支的硅谐振梁谐振频率公式,并利用该公式分析了双端固支梁的谐振频率和梁尺寸的关系.本文利用有限元软件模态分析计算了三种不同的谐振频率情况,并逐一加以比较分析.本文还利用有限元软件对受力弯曲的工字梁做了静态分析,从而得出了在一定磁场力作用下的应力分布图,从而对压敏电阻的设计提供了一定的依据.     

单晶硅纳米梁的分子动力学模拟

采用经典的分子动力学方法,分析了两端固支的纳米梁的力学行为特征.在初始应变下,梁的表面原子发生了重构,而初始应变能仅是重构能的1%,随着分子动力学迭代的开始,初始应变能逐渐转化为梁中原子的热运动动能和梁的谐振能量.从其能量的变化曲线得到,梁的谐振频率为2.32×1010Hz.与连续介质近似结果对比发现,该谐振频率对应的杨氏模量为101 GPa,小于体硅的131 GPa,说明在该尺度下杨氏模量小于体材料.另外,分子动力学结果显示,发热是纳米梁耗散机制的重要方式,即谐振能量转化为梁中原子的热运动动能.     

光致硅微悬臂梁形变理论研究

研究了硅悬臂梁的光致应变效应的基本理论.从力学和半导体物理学基本理论出发,考虑了光生载流子的空间分布以及载流子表面复合,提出了一种新的光致悬臂梁弯曲的模型和计算光致应变效应引起的悬臂梁弯曲量的方法.模型更为合理的解释了光致悬臂梁弯曲的根本动力,其计算结果和实验测量结果与文献报道相比更为接近.研究为基于光致应变效应的硅悬臂梁传感器打下了理论基础.     

基于异形梁模型的海洋柔性管缆防弯器数值模拟

为防止海洋柔性管缆在自重和环境载荷作用下的局部曲率过大而发生结构失效,在连接部位安装防弯器增加管缆弯曲刚度,并使管缆曲率分布均匀.分析防弯器力学性能和在位特点,阐述计算难点和几种数值建模方法的可行性与效果,并具体讨论用梁单元建立防弯器异形梁有限元模型的优势.利用平面异形梁单元特点,采用等效弯曲刚度进行防弯器结构分析,从而形成一套简洁高效的数值分析方法.通过数值算例评价该计算方法的适用性.     

基于K均值/SCHMM多级分类的手语识别

本文提出了一种具有多级分类的手语识别方法,该方法采用K-均值/SCHMM(半连续隐马尔可夫模型)多级分类方法.在第一级中采用K-均值方法进行全局粗略搜索,划定目标词的大体范围.在第二级中,待识别的手语词特征与该范围内每一个手语词的SCHMM做运算,计算概率最大的为识别结果.实验结果表明,与采用单级的SCHMM识别器相比,在保持识别率基本相同的前提下,该方法能使识别速度提高近45%.     

变截面铁木辛柯梁振动特性快速计算方法

提出了一种快速计算变截面铁木辛柯梁横向振动特性的方法.基于铁木辛柯梁理论建立的变截面梁的横向振动方程,其梁的截面参数如有效剪切面积、密度、弯曲刚度、转动惯量等沿梁轴线连续或非连续变化；首先将变截面梁等效为多段均匀阶梯梁；然后基于相邻两段连接处的位移(位移、转角)和力(弯矩、剪力)连续条件,建立相邻两段模态函数间相互关系,并递推出首段段与末段模态函数相互关系,利用边界条件得到相应特征方程,使用Newton-Raphson方法计算其固有频率；最后针对梁常见边界条件,得到计算变截面铁木辛柯梁横向振动固有频率特征     

薄片介质高速传动的动态仿真与分析

针对薄片介质在金融自动处理设备中传动和堆叠过程中常见的卡阻故障,采用RecurDyn计算薄片介质的力学特性,获得薄片介质的弹性模量与弯曲挠度之间的关系曲线,以用于确定不同新旧程度薄片介质的弹性模量;基于票券自动处理设备中的堆叠模块,对介质在传动过程中的变形和运动姿态进行仿真,计算支撑固件的不同长度所对应的介质弯曲挠度.结果表明：支撑固件长度越大,介质产生的弯曲挠度越大,有利于避免介质堆叠时发生卡阻问题.     

An improved method for on-line calculation and compensation of the static deflection at a robot end-effector

Traditionally, robotic deflection analysis for a low-weight robot has been performed based on an assumption that each link is treated as a cantilever beam, which leads to no angular deflection at a joint. In practice, a robotic intermediate joint is linearly and angularly deflected when a load is applied at the end-effector. It is found in this study that the additional link deflection resulting from the angular deflection of a robotic revolute joint substantially contributes to the end-effector's total deflection. This article presents an improved method via a combination of classical beam theory, energy methods and the concepts of differential relationships to more accurately calculate the static deflection at the end-effector. A systematic approach to deflection calculation through three different Jacobians are presented. The study also shows that the end-effector's deflection heavily depends on robotic arm configurations. The deflection is then compensated based on the selected optimum configuration. The theoretical deflection analysis is verified by experimental results. A planar two-link robot and a six-degree-of-freedom Elbow Manipulator are used for numerical illustration and calculation procedure.     

基于GPU的风中树木物理动画*

采用非均匀梁作为树枝物理模型,分析了梁的弯曲效应,推导出挠度曲线表达式,并对其运用多项式最小二乘法拟合,将拟合后的简洁表达式预计算于纹理中,有效降低了实时计算量。为平衡CPU与GPU的负载,设计了分层次的树木结构模型,将力学分析计算转移到GPU上进行,同时避免了将树枝分段计算导致段间断裂现象及分段过大引起模拟效果过于粗糙的缺点。实验表明,该方法能完全实时、真实地模拟出风中树木动画的物理效果,解决了目前树木物理动画速度太慢不能实时模拟的不足。     

Magneto-electro-elastic analysis of piezoelectric–flexoelectric nanobeams rested on silica aerogel foundation

This article explores that the study on bending of magneto-electric-elastic nanobeams relies on nonlocal elasticity theory. The Vlasov’s model foundation utilizes the silica aerogel foundation. The guiding expressions of nonlocal nanobeams in the considered framework are used extensively and where parabolic third-order beam theory is achieved after using Hamilton’s principle. Parametric work is introduced to scrutinize the influence of the magneto-electro-mechanical loadings, nonlocal parameter, and aspect ratio on the deflection characteristics of nanobeams. It is noticed that the boundary conditions, nonlocal parameter, and beam geometrical parameters have significant effects on dimensionless deflection of nanoscale beams.

     

Stability of beamlike lattice trusses

A simple procedure is presented for predicting the buckling loads associated with general instability of large repetitive beamlike trusses. The procedure is based on replacing the original lattice structure by an equivalent continuum beam model and obtaining analytic solutions for the beam model. The continuum beam model accounts for warping and shear deformation in the plane of the cross section and is characterized by its strain energy and potential energy due to initial stresses from which the governing differential equations are derived. The high accuracy of the buckling predictions of the proposed continuum beam is demonstrated by means of numerical examples.     

输流管道弯曲和振动的有限元分析

基于Timoshenko梁理论,利用虚功原理严格地建立了输流管道弯曲和振动的有限元方程.利用加速度合成定理推导了流体横向加速度的表达式,计算了两端简支和悬臂两种边界条件下管道受到重力和流体作用时的挠度和转角,分析了流体流速对其影响.两端简支条件下将预应力效应整合到管道应变能中,并讨论了轴向预应力与弯曲挠度的关系.给出了两种边界条件下管道自由振动的前三阶固有频率与流体流速的关系,分析了两端简支条件下管道轴向预应力对振动固有频率的影响.结果表明：两端简支边界条件下,流体速度增大则挠度和转角相应增大,预应力使得挠度和转角减小;前三阶固有频率随流速增大而减小,预应力增大则导致各阶固有频率增大.悬臂边界条件下,流体速度增大则挠度和转角减小,前三阶固有频率随流速增大而减小.     

基于超细长弹性杆模型的斜拉索静力构形分析

以超细长弹性杆模型研究了斜拉索自重和可拉伸情形下的静态位形.建立了斜拉索一般意义下的超细长弹性杆平衡方程,分三种情况讨论了其平衡位形对应的挠性线、索力及索长.(1)忽略抗弯刚度时,其退化为仅考虑弹性拉伸时斜拉索的平衡方程,此时求得其挠性线方程与已有结论一致；(2)忽略弹性拉伸时,其退化为仅考虑抗弯刚度时斜拉索的平衡方程,求得其挠性线方程比忽略抗弯刚度时的结论多一项一阶修正项；(3)同时考虑弹性拉伸和抗弯刚度情形时,求得其近似挠性线方程.以苏通大桥和某实验室斜拉索为例,分别计算了以上三种不同情形下的斜拉索的静力参数,并分析了在不同索长和索力情况下抗弯刚度和弹性拉伸对斜拉索几何构形的影响.     

一种分析微悬臂梁大挠度变形的新算法

考虑静电力边缘效应的影响,建立了微悬臂梁大挠度变形的静态变形分析模型,通过梁弯曲理论将控制方程化为一阶非线性微分方程组,结合非线性方程组求根、迭代修正齐次扩容精细积分法和增量迭代法,提出了一种分析微悬臂梁大挠度变形的半解析、半数值算法。数值算例表明:该方法具有较高的精度和稳定性,是分析微悬臂梁变形的一种有效方法;通过对微梁静态特性的分析表明:考虑边缘效应后微梁的吸合电压减小,考虑大挠度变形的影响后微梁的吸合电压增加。